[發明專利]破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統及其施工方法

在審

• 申請號: 201811377228.7
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109252882A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 肖同強;李寶富;陳恒光;韓小光;李化敏;尹士花;王文;王子林
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D20/02;E21D11/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統，包括深度支護結構和周向表面支護結構；深度支護結構包括若干條三區協同支護組合錨桿；三區協同支護組合錨桿沿巷道的頂板、兩幫和底板的周向均勻布置并貫穿錨固破裂區、塑性區和彈性區；周向表面支護結構包括鋼梁、金屬網和混凝土硬化層，鋼梁和金屬網配合沿巷道的頂板、兩幫進行支護，混凝土硬化層鋪設在巷道的底板上。本發明還公開了破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統的施工方法。本發明將“破裂區、塑性區和彈性區”三個區域組合成一個整體，有效提高了巷道圍巖的整體承載能力和抗變形能力，可以有效避免破裂區或塑性區出現的垮冒現象，充分調動彈性區的承載能力，確保了巷道圍巖的穩定性。

技術領域

本發明屬于礦山支護工程錨索支護技術領域，具體涉及破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統及其施工方法。

背景技術

在煤礦巷道支護工程中，錨索支護是頂板支護的常用形式。煤礦常用的錨索是7股或19股的鋼絞線結構，常用的錨索直徑為15.2mm、17.8mm、20mm、22mm。與錨桿支護相比，錨索具有強度大、長度大的優點，錨索能夠錨固到頂板深部穩定巖層中，因此錨索支護對頂板穩定性控制具有顯著成效。但是，隨著煤炭資源的逐步開采，巷道圍巖應力環境逐漸惡化，在大變形巷道、軟弱圍巖巷道及高應力動壓巷道中，錨索破斷問題日益凸顯。在一些復雜困難條件下，一些直徑22mm的高強錨索甚至也出現了破斷?，F場觀測表明，錨索破斷的位置均出現靠近孔口的前1/3段，或者剪切錯動的巖層的層理面處；由斷口形態來看，錨索是在“剪破壞和拉破壞”共同作用下的破斷。究其原因，當前錨索支護主要存在“局部應力集中、鋼絞線在拉剪作用下被各個擊破而逐根（股）破斷”的技術難題，如何提高錨索應力集中段的抗拉強度、抗剪強度以及鋼絞線的整體性，成為解決錨索破斷的關鍵問題。

發明內容

本發明為克服現有技術存在的問題，提供一種破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統及其施工方法，旨在通過針對巷道圍巖“破裂區、塑性區和彈性區”的三區協同耦合支護技術，有效解決現有技術中存在的“三區關聯性差、頂板兩幫及底板關聯性差、注漿錨桿長度短、破裂區和塑性區極易垮冒”等技術難題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統，包括深度支護結構和周向表面支護結構；

深度支護結構包括若干條三區協同支護組合錨桿，所述的三區為破裂區、塑性區和彈性區，緊鄰巷道的為破裂區，破裂區內側為塑性區，塑性區內側為彈性區；三區協同支護組合錨桿沿巷道的頂板、兩幫和底板的周向均勻布置并貫穿錨固破裂區、塑性區和彈性區；

周向表面支護結構包括鋼梁、金屬網和混凝土硬化層，鋼梁和金屬網配合沿巷道的頂板、兩幫進行支護，混凝土硬化層鋪設在巷道的底板上。

三區協同支護組合錨桿包括螺紋鋼桿體、連接管、中空桿體、托盤和螺母，螺紋鋼桿體的外端通過連接管與中空桿體的內端同軸向連接為一體，中空桿體上開設有若干個注漿孔，螺紋鋼桿體內側一段通過樹脂錨固劑錨固在彈性區內，錨固在彈性區內的螺紋鋼桿體這一段稱為彈性區錨固段，螺紋鋼桿體外側一段與塑性區之間具有環形間隙，在環形間隙內的一段螺紋鋼桿體稱為塑性區自由段，中空桿體位于破裂區內，中空桿體內注入有水泥漿，水泥漿通過中空桿體上的注漿孔注入到破裂區內，水泥漿在破裂區內的這一段稱為破裂區注漿段；托盤穿套在中空桿體外端部并壓在鋼梁和/或金屬網上，螺母螺紋連接在中空桿體外端并與托盤壓緊配合。

所述連接管為內細外粗的變徑管，中空桿體的外徑大于螺紋鋼桿體的外徑，螺紋鋼桿體的外端部和中空桿體內端部分別與連接管的內端口和外端口螺紋連接。

破碎圍巖巷道三區協同耦合支護系統的施工方法，包括以下施工步驟：

（1）根據巷道生產條件和地質力學條件、使用用途和服務年限，確定巷道斷面設計參數，包括斷面形態及其尺寸；